CN201134665Y - 一种低功耗的动力电池组保护电路 - Google Patents

Abstract

一种低功耗的动力电池组保护电路，包括多取样控制单元20，单元20包括芯片10，其检测正极端VDD接于串联电池组中一电池的正极，检测负极端VSS接于该电池的负极；在单元20中，一场效应管栅极接于芯片10的过压控制端CO，一场效应管栅极接于欠压控制端DO，一过压开关场效应管Q1，接于串联电池组的充放电回路中，其栅极通过电平转换电路与过压控制或非门逻辑电路30的输出极相接；一欠压开关场效应管Q2的栅极与欠压控制或非门逻辑电路40的输出极相接。整个电池保护电路平均功耗电流仅有10μA～15μA，可以实现任意串联电池过压或欠压保护，当串联电池多于8个时，仅需增加少量的CMOS门电路扩展输入端即可。

Description

一种低功耗的动力电池组保护电路

技术领域

本实用新型涉及电池保护电路的构成，尤其是涉及锂离子电池保护电路，特别涉及多节锂离子电池的保护电路。

背景技术

现有技术中，锂系电池是近20年来发展最快的电池体系，目前被广泛用于电子产品领域。与其他充电电池相比，锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、无污染、快速充电、自放电率低等优点，1991年进入市场不久即获得消费者的青睐。现在，笔记本电脑、移动电话、数码相机、MP3等数码产品大都配备了锂离子电池，目前它正快步进入电动工具和电动车辆等应用领域。但是，相关产业在高速发展的同时，锂离子电池的应用必须考虑其安全。锂离子电池的安全除要考虑电池结构的安全设计外，在应用中还必须用保护电路加于保护。

锂离子电池保护电路＜10V的低电压应用方面已相当成熟，有专用的控制芯片。但是，在电动工具和电动车辆方面正在发展中，在现有的动力电池保护电路中，存在保护板功耗过大的问题，一般大于200μA。

常见的电池保护电路如下所述。

单电池保护电路如图1所示：

单电池保护电路常用精工(SeiKo Instruments Inc.)公司的控制芯片S-8261，该电路通过S-8261控制芯片对电池电压进行监控，当发生过充或过放时，立即关断FET1或FET2场效管，从而实现对电池的保护作用。

三串电池保护电路如图2所示：

三电池保护电路常见的是用精工公司的控制芯片S-8233，通过控制芯片-8233可实现三个电池的串联工作，当三个电池中任何一个电池发生过充或过放时，芯片S-8233控制端COP，DOP将由低电平变为高电平，从而关断FET-A或FET-B。该芯片还实现三个电池Battery1，Battery2，Battery3均匀充电的功能。

三串以上电池保护电路如图3所示：

如要实现6串以上电池串联工作时，必须使用多个控制IC共同工作。如“具有均衡充电和保护功能的电动助力车锂电池组”专利中的应用，该电路利用图中标号1的S-8233芯片来实现，组成9串动力电池组保护电路。这种组合方式存在下列不足：1、电池组仅能实3的组合，即不能实现7串、10串等电池组；2、图中标号2的开关管串接过多，充放电时将消耗功率，不利于节能环保。

图4是现有技术中，另一结构形式的电池保护电路，这种保护电路可以组成10串电池组。保护电路工作时控制芯片S-8261检测电池电压，当任何一个电池的电压低于或高于一定电压时，过压控制端CO或欠压控制端DO将由高电平变为低电平光电耦合器关断，场效应管Q1或Q2栅极G端置低电平，Q1或Q2关断，保护电路实现欠压或过充保护。该电路使用了光电耦合器，在保护电路正常工作状态下光电耦合器处于导通工作状态，每个光电耦合器的工作电流约为200μA，每一组电池的静态工作电流将达400μA以上，电路的功耗电流过大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，避免上述现有技术的不足之处而提出一种低功耗的动力电池组保护电路，本文所述的电池保护电路，其功耗可低于20μA。其功耗远优于现有技术的锂离子电池保护电路。

本实用新型通过采用以下的技术方案来实现。

设计实施一种低功耗的动力电池组保护电路，包括：

一个以上的取样控制单元，所述取样控制单元包括一控制芯片，选用S-8261。

所述控制芯片的检测正极端VDD接于串联电池组中一电池的正极，检测负极端VSS接于该电池的负极；在所述取样控制单元中一场效应管栅极接于所述控制芯片的过压控制端CO，另一场效应管栅极接于所述控制芯片的欠压控制端DO，所述场效应管漏极接有电阻，该电阻的一端接逻辑地GND，所述另一场效应管漏极亦接有电阻，该电阻的一端亦接逻辑地GND；

一过压控制或非门逻辑电路，所述过压控制或非门逻辑电路有2个以上输入端，各输入端连接所述各取样控制单元中漏极电阻的另一端；

一欠压控制或非门逻辑电路，所述欠压控制或非门逻辑电路有2个以上输入端，各输入端连接所述各取样控制单元中另一漏极电阻的另一端；

一过压开关场效应管，接于串联电池组的充放电回路中，其栅极通过电平转换电路与过压控制或非门逻辑电路的输出极相接；

一欠压开关场效应管，接于串联电池组的充放电回路中，其栅极与欠压控制或非门逻辑电路的输出极相接。

所述电平转换电路包括再一场效应管、电阻，所述再一场效应管的栅极连接过压控制或非门逻辑电路输出正极，再一场效应管的源极连接逻辑正极VCC；再一场效应管的漏极接电阻，电阻的一端与充放电回路电压负极E-相接，电阻的另一端接过压开关场效应管的栅极。

所述欠压开关场效应管的栅极与欠压控制或非门逻辑电路的输出极相接，是接于输出负极。

所述场效应管漏极接电阻的中间，还串接了一电阻。

所述另一场效应管漏极接电阻的中间，还串接了一电阻。

所述再一场效应管的漏极连接电阻的中间，还串接了一电阻。

所述过压控制或非门逻辑电路有至少8个输入端。最佳为8个，可以大于8个。

所述欠压控制或非门逻辑电路有至少8个输入端。最佳为8个，可以大于8个。

所述取样控制单元至少为8个。最佳为8个，可以大于8个。与欠压控制或非门逻辑电路输入端的数目，和过压控制或非门逻辑电路输入端的数目相配。

控制芯片选用芯片S-8261，或功能兼容的控制芯片。

与现有技术相比较，本实用新型电路简单，当未发生过压或欠压时，每个控制单元中的场效应管均处于截止状态，每只场效应管的截止电流约1μA左右，功耗电流极小。整个电池保护电路，其平均功耗电流远小于100μA，仅有10μA～15μA。

本实用新型的特点在于，可以实现任意串联电池过压或欠压保护，当串联电池多于8个时，仅需增加少量的CMOS门电路扩展输入端即可。在当前锂电池动力电池组的应用中，因其自耗电很小，可达到节能环保的效果。

附图说明

图1是现有技术中一种单电池保护电路的电原理图；

图2是现有技术中三串电池保护电路的电原理图；

图3是现有技术中三串倍数增加的电池保护电路方框示意图；

图4是现有技术中用光电耦合器的电池保护电路电原理图；

图5是本实用新型用场效应管的一种低功耗的动力电池组保护电路的电原理图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本实用新型做进一步详尽的描述。

参照图5，实施一种低功耗的动力电池组保护电路，所述电路包括：

一个以上的取样控制单元20，所述取样控制单元20包括一控制芯片10，所述控制芯片10的检测正极端VDD，接于串联电池组中一电池的正极，检测负极端VSS接于该电池的负极；在所述取样控制单元20中一场效应管Q3栅极接于所述控制芯片10的过压控制端CO，一场效应管Q4栅极接于所述控制芯片10的欠压控制端DO，所述场效应管Q3漏极接有电阻R2，R2的一端接逻辑地GND，所述场效应管Q4漏极接有电阻R4，R4的一端接逻辑地GND；

一过压控制或非门逻辑电路30，所述过压控制或非门逻辑电路30有2个以上输入端，各输入端连接所述各取样控制单元20中电阻R2的另一端；

一欠压控制或非门逻辑电路40，所述欠压控制或非门逻辑电路40有2个以上输入端，各输入端连接所述各取样控制单元20中电阻R4的另一端；

一过压开关场效应管Q1，接于串联电池组的充放电回路中，其栅极通过电平转换电路与过压控制或非门逻辑电路30的输出极相接；

一欠压开关场效应管Q2，接于串联电池组的充放电回路中，其栅极与欠压控制或非门逻辑电路40的输出极相接。

所述电平转换电路包括场效应管Q7、电阻R11，所述场效应管Q7的栅极连接过压控制或非门逻辑电路30输出正极，场效应管Q7的源极连接逻辑正极VCC；场效应管Q7的漏极接电阻R11，电阻R11的一端与充放电回路电压负极E-相接，电阻R11的另一端接场效应管Q1的栅极。

所述欠压开关场效应管Q2的栅极与欠压控制或非门逻辑电路40的输出极相接，是接于输出负极。

所述场效应管Q3漏极接电阻R2的中间，还串接了一电阻R1。

所述场效应管Q4漏极接电阻R4的中间，还串接了一电阻R3。

所述场效应管Q7的漏极连接电阻R11的中间，还串接了一电阻R10。

所述过压控制或非门逻辑电路30有至少8个输入端。最佳为8个，可以大于8个。

所述欠压控制或非门逻辑电路40有至少8个输入端。最佳为8个，可以大于8个。

所述取样控制单元20至少为8个。最佳为8个，可以大于8个。与欠压控制或非门逻辑电路输入端的数目，和过压控制或非门逻辑电路输入端的数目相配。

所述控制芯片10选用控制芯片S-8261，或功能兼容的控制芯片。

如图5所示，本实用新型的电池保护电路，图中VCC取自接于相对GND端的2～4个串联电池组的电压。

其每组电池的功耗将小于20μA，本电路最佳为8个电池组串联工作的保护电路，在图4电路的基础上，去掉光电耦合器，用MOS场效应管取代光电耦合器。整个保护电路由8个相同的单元组成，图5中仅示出二组单元。

电路工作原理：

在放电工作中，当某一电池电压在工作中出现欠压，例如电池电压低于2.8V时，芯片S-8261“DO”端将由高电平变为低电平，场效应管Q2导通，欠压控制或非门逻辑电路40输入端置“1”，输出端置“0”，欠压开关场效应管Q2关断，欠压保护起作用，电池组放电停止，结果电池获得保护。

过压保护原理与欠压保护相同，即，在充电工作中，当某一电池发生过压时，芯片S-8261“C0”端置“0”，过压控制或非门逻辑电路30输出置“1”，经场效应管Q7电平转变后，使R11两端电压为零，场效管Q1关断。充电停止，电池获得保护。

本实用新型在电池工作过程中，当未发生过压或欠压时，每个取样控制单元20中的场效应管均处于截止状态，每只场效应管的截止电流约1μA左右，功耗电流极小。整个电池保护电路，其平均功耗电流远小于100μA，仅有10μA～15μA。

在本实用新型的电路中，仅使用少量的元器件，就获得的保护电路所需要的控制效果。其关键在于使用了MOS场效应管将每取样控制单元20的电平转换为过压开关场效应管Q1和欠压开关场效应管Q2所需要的控制电压。

本方案设计的电路特点在于，可以实现任意串联电池过压或欠压保护，当串联电池多于8个时，仅需增加少量的CMOS门电路扩展输入端即可。在当前锂电池动力电池组的应用中，因其自耗电很小，可达到节能环保的效果。

本实用新型所例举的实施例并非对自己的限定，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (10)

1、一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于，所述电路包括：

一个以上的取样控制单元(20)，所述取样控制单元(20)包括一控制芯片(10)，所述控制芯片(10)的检测正极端VDD接于串联电池组中一电池的正极，检测负极端VSS接于该电池的负极；在所述取样控制单元(20)中

一场效应管Q3栅极接于所述控制芯片(10)的过压控制端CO，

一场效应管Q4栅极接于所述控制芯片(10)的欠压控制端DO，

所述场效应管Q3漏极接有电阻R2，R2的一端接逻辑地GND，

所述场效应管Q4漏极接有电阻R4，R4的一端接逻辑地GND；

一过压控制或非门逻辑电路(30)，所述过压控制或非门逻辑电路(30)有2个以上输入端，各输入端连接所述各取样控制单元(20)中电阻R2的另一端；

一欠压控制或非门逻辑电路(40)，所述欠压控制或非门逻辑电路(40)有2个以上输入端，各输入端连接所述各取样控制单元(20)中电阻R4的另一端；

一过压开关场效应管Q1，接于串联电池组的充放电回路中，其栅极通过电平转换电路与过压控制或非门逻辑电路(30)的输出极相接；

一欠压开关场效应管Q2，接于串联电池组的充放电回路中，其栅极与欠压控制或非门逻辑电路(40)的输出极相接。

2、根据权利要求1所述的一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于：

所述电平转换电路包括场效应管Q7、电阻R11，所述场效应管Q7的栅极连接过压控制或非门逻辑电路(30)输出正极，场效应管Q7的源极连接逻辑正极VCC；场效应管Q7的漏极接电阻R11，电阻R11的一端与充放电回路电压负极E-相接，电阻R11的另一端接场效应管Q1的栅极。

3、根据权利要求1所述的一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于：

所述欠压开关场效应管Q2的栅极与欠压控制或非门逻辑电路(40)的输出极相接，是接于输出负极。

4、根据权利要求1所述的一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于：

所述场效应管Q3漏极接电阻R2的中间，还串接了一电阻R1。

5、根据权利要求1所述的一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于：

所述场效应管Q4漏极接电阻R4的中间，还串接了一电阻R3。

6、根据权利要求2所述的一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于：

所述场效应管Q7的漏极连接电阻R11的中间，还串接了一电阻R10。

7、根据权利要求1所述的一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于：

所述过压控制或非门逻辑电路(30)有至少8个输入端。

8、根据权利要求1所述的一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于：

所述欠压控制或非门逻辑电路(40)有至少8个输入端。

9、根据权利要求1所述的一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于：

所述取样控制单元(20)至少为8个。

10、根据权利要求1所述的一种低功耗的动力电池组保护电路，其特征在于：

所述控制芯片(10)选用控制芯片S-8261。

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